本发明专利技术提供了用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置及方法，涉及基于机器视觉技术的禽蛋蛋壳裂纹检测技术领域。包括视觉系统、工控机、光源控制器和光源模组、检测和触发传感器,所述视觉系统用于拍摄禽蛋图像并传输给工控机；所述工控机对视觉系统采集的图像进行处理与分析；所述光源控制器通过串口与工控机相连，接收工控机发送的光源强度计算值，调节光源模组的光强值；所述检测和触发传感器分别用于检测输送棍上是否载有禽蛋，及提供相机及光源控制器的外触发信号，控制相机和光源动作执行。本发明专利技术解决了现有禽蛋裂纹检测装置中光源光强值固定导致不同厚度禽蛋图像采集自适应差的问题，且光强调节模型计算量小，设备性能要求低。备性能要求低。备性能要求低。
【技术实现步骤摘要】
用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置及方法
[0001]本专利技术涉及基于机器视觉技术的禽蛋蛋壳裂纹检测
，特别涉及一种用于禽蛋裂纹检测的光源光强自适应调节装置及其方法。
技术介绍
[0002]禽蛋具有非常高的营养价值，富含蛋白质、脂肪、多种维生素和微量元素，是人们日常生活中的重要食品之一。禽蛋蛋壳在禽蛋商品化处理过程中很容易出现破损，一旦出现破损，禽蛋很容易受到环境中的微生物污染造成内部腐败变质。当前国内大量的中小禽蛋生产企业普遍采用人工目视检测方法对禽蛋蛋壳品质进行检测，受制于长时间检测造成的人眼疲劳，及微小裂纹不易发现等问题，对禽蛋品质检测的准确率和效率都无法保证，所以对禽蛋裂纹实现自动化检测是禽蛋商品化处理的必然要求。
[0003]经检索，近年来基于机器视觉技术的禽蛋蛋壳裂纹检测研究成果，2021年华南农业大学的赵祚喜等通过计算待测禽蛋表面高亮部分连通域面积与外接矩形面积比值，判定禽蛋是否为裂纹蛋，该方法相对于传统人工检测具有更高的检测准确率和检测速度；2022年中国农业大学的孙龙清等利用基于深度学习的目标检测模型识别禽蛋表面的裂纹及脏污，检测结果显示，该方法可以有效识别出大裂纹，小裂纹和脏污并返回缺陷位置。
[0004]当前基于机器视觉技术的禽蛋裂纹检测主要存在以下两个问题：(1)检测装置普遍采用光强值固定的背光源明方案，导致壳体较厚或较薄的禽蛋出现过暗或过曝的问题，对禽蛋品种的适应性及通用性不强；(2)研究人员普遍采用深度学习等优化裂纹识别算法以提高对裂纹的检测效果，导致了图像处理时间延长，工控机性能要求提高，且无法解决蛋壳个体差异引起的误检。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，包括视觉系统、工控机、光源控制器和光源模组、检测及触发传感器。其中视觉系统安装在输送带正上方，通过Gige(千兆网口)和I/O(输入输出口)口分别与工控机和触发传感器相连，光源控制器和光源模组安装在输送带下方，通过串口线与工控机相连，通道接近开关安装在视觉系统正前方，通过I/O口与工控机相连。
[0006]所述视觉系统主要用于采集禽蛋图像，并将图像通过相机千兆网口传输给工控机，包括工业相机，图像采集暗箱。所述工业相机通过I/O口接收触发光电开关的信号，外触发拍摄禽蛋图像，并通过相机千兆网口将图像传输给工控机；所述图像采集暗箱用于安放相机，并为图像采集提供遮光环境。
[0007]所述工控机作为主控制器，主要用于处理视觉系统所采集的图像以实现禽蛋蛋壳裂纹的检测，同时计算基准工位禽蛋区域的灰度值和后续检测工位所需光强值，并将后续检测工位所需的光强值通过串口通讯发送给光源控制器，实时调节光强值。
[0008]所述光源控制器主要用于控制光源的亮灭及设置不同工位光强值，光源控制器通
过串口通讯接收工控机发送的光源强度计算值，调节后续检测工位光源强度，在控制器触发端口接收到触发光电开关的信号时，外触发开启光源。
[0009]所述光源模组主要用于为视觉系统提供照明条件，由一定数量的光源组成，在光源控制器被外触发开启时，光源点亮。
[0010]所述检测和触发传感器主要用于检测输送棍上是否载有禽蛋及控制相机拍摄和光源点亮的时刻，包括通道接近开关，触发光电开关。所述通道接近开关用于检测输送棍上是否载有禽蛋；所述触发光电开关用于给相机和光源控制器提供外触发信号，以实现相机拍摄和光源开启动作的执行。
[0011]一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节方法，包括离线状态和在线状态两部分；所述离线状态主要是在离线条件下建立光源强度调节模型，在前期实验中发现，在一定区间内禽蛋R分量平均灰度值和禽蛋裂纹识别有较高的相关性，随着禽蛋R分量平均灰度值的升高，裂纹识别效果呈现先上升后下降的趋势，而禽蛋R分量平均灰度值又和光源强度近似为线性关系，在统计了一定数量禽蛋图像后，得出了光源强度和R分量平均灰度值的关系方程，关系方程为：
[0012][0013]关系方程中G
X
为预期调节的最适光源强度值,G
255
为光源强度值255，R
255
为禽蛋在光源强度被设置为255的基准工位上所拍摄图像中禽蛋区域的R分量平均灰度值，R
X
为对比度参数被设置为某一数值时，对同一批禽蛋在不同光源强度下所获得图像进行裂纹识别，每一枚禽蛋识别效果最好的图像所对应的R分量平均灰度值的均值。式中参数K为禽蛋图像的R分量平均灰度值和光源强度关系方程中回归系数的均值，计算公式为：
[0014][0015]进一步的，上述光源强度调节模型中禽蛋区域R分量平均灰度值的计算方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1：将视觉系统采集的基准工位图像分解为R,G,B三通道图像；
[0017]步骤2：利用OSTU自适应阈值分割出R通道图像中的亮连通域；
[0018]步骤3：对分割出的亮连通域进行开运算，去除干扰区域,得到禽蛋区域；
[0019]步骤4：利用掩膜提取禽蛋区域，并计算禽蛋区域的R分量平均灰度值。
[0020]所述在线状态主要是对检测工位光源光强值的实时调节，当禽蛋被输送到基准工位上方时，基准工位光源点亮，相机采集一帧图像并将图像传输给工控机。工控机计算传入的基准工位图像中禽蛋区域的R分量平均灰度值，并将计算好的R分量平均灰度值代入到光源强度—R分量平均灰度值的关系方程中，计算出该禽蛋的最适光强值G
X
。工控机通过串口通讯将光强计算值G
X
发送给光源控制器，光源控制器将后续检测工位的光强值均设置为G
X
。当该禽蛋被输送到后续检测工位时，4个检测工位下方的光源将按照对应的数组元素编号顺序依次点亮，禽蛋每前进一个工位，点亮一个工位的光源。点亮顺序为X[1]→
X[2]→
X[3]→
X[4]→
X[5]。
[0021]其中光源数值设定原理为：触发光电开关下降沿时，工控机利用通道接近开关检测通道接近开关位有无禽蛋，并将检测结果存入通道接近开关位对应的数组元素X[0]，再
将X[0]位的图像处理完毕后，通过串口通讯设置各工位的光强值X[1]＝X[0],X[2]＝X[1],X[3]＝X[2],X[4]＝X[3],X[5]＝X[4]，当基准工位对应的数组元素X[1]的值为真时，基准工位光源会按照固定的光强值点亮,当检测工位对应的元素X[2],X[3],X[4],X[5]的值为真时，对应工位的光源将按照工控机2的光强计算值G
X
点亮。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1.本专利技术所述的禽蛋图像光强自适应调节装置及其方法，有利于提高禽蛋裂纹的成像效果，提高禽蛋蛋壳裂纹的检出率。
[0024]2.本专利技术所述的禽蛋图像光强自适应调节装置及其方法，通过引导反馈的方式，调节禽蛋裂纹检测过程中的光源强度，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，其特征在于包括有视觉系统、工控机、光源控制器和光源模组、检测和触发传感器；其中视觉系统安装在输送带正上方，通过Gige和I/O口分别与工控机和触发传感器相连，光源控制器和光源模组安装在输送带下方，通过串口线与工控机相连，通道接近开关安装在视觉系统正前方，通过I/O口与工控机相连；所述视觉系统主要用于采集禽蛋图像，并将图像通过相机千兆网口传输给工控机，包括工业相机，图像采集暗箱；所述工业相机通过I/O口接收触发光电开关的信号，外触发拍摄禽蛋图像，并通过相机千兆网口将图像传输给工控机；所述图像采集暗箱用于安放相机，并为图像采集提供遮光环境。2.根据权利要求1所述的一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，其特征在于所述的工控机作为主控制器，主要用于处理视觉系统所采集的图像以实现禽蛋蛋壳裂纹的检测，同时计算基准工位禽蛋区域的灰度值和后续检测工位所需光强值，并将后续检测工位所需的光强值通过串口通讯发送给光源控制器，实时调节光强值。3.根据权利要求1所述的一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，其特征在于所述的光源控制器主要用于控制光源的亮灭及设置不同工位光强值，光源控制器通过串口通讯接收工控机发送的光源强度计算值，调节后续检测工位光源强度，在控制器触发端口接收到触发光电开关的信号时，外触发开启光源。4.根据权利要求1所述的一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，其特征在于所述的光源模组主要用于为视觉系统提供照明条件，由一定数量的光源组成，在光源控制器被外触发开启时，光源点亮。5.根据权利要求1所述的一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节装置，其特征在于所述的检测和触发传感器主要用于检测输送棍上是否载有禽蛋及控制相机拍摄和光源点亮的时刻，包括通道接近开关，触发光电开关；所述通道接近开关用于检测输送棍上是否载有禽蛋；所述触发光电开关用于给相机和光源控制器提供外触发信号，以实现相机拍摄和光源开启动作的执行。6.根据权利要求1所述的一种用于禽蛋蛋壳裂纹检测的光源光强自适应调节方法，包括离线状态和在线状态两部分；所述离线状态主要是在离线条件下建立光源强度调节模型，在前期实验中发现，在一定区间内禽蛋R...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙力，孙箐源，蔡健荣，吴泽宏，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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